(57)【要約】【課題】シースにおけるき裂の発生を防止できる制御棒の製造方法を提供する。【解決手段】タイロッド２の上端に横断面が十字形のハンドル５を溶接し、タイロッド２の下端に横断面が十字形の下部支持部材６を溶接する。複数のハフニウム部材５Ａの上端部がハンドル５に取り付けられ、複数のハフニウム部材５Ｂの下端部が下部支持部材６に取り付けられる。ハフニウム部材５Ａ，５Ｂを内部に配置したシース４を、タイロッド２に溶接し、さらに、シース４の上端をハンドル５に、シース４の下端を下部支持部材５に溶接する。その後、上記のように組み立てられた制御棒１の全体を３００℃に一様になるように加熱する。加熱された制御棒１のシース４とハンドル５の溶接部及びこの溶接部付近に、冷却水噴射装置により冷却水を噴射して、その溶接部及びこの溶接部付近を急冷する。シース４の上端部の引張応力が低減される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイロッドの上端に取り付けられた横断面が十字形をしているハンドルに複数の中性子吸収部材を取り付け、前記タイロッドの下端に横断面が十字形をしている下部支持部材に複数の他の前記中性子吸収部材を取り付け、
前記タイロッドから四方に伸びるように配置されて内部に前記ハンドルに取り付けられた前記複数の中性子吸収部材及び前記下部支持部材に取り付けられた前記複数の他の中性子吸収部材を配置されたシースであって、横断面がＵ字状をしている４枚の前記シースのそれぞれの側端部を前記タイロッドに溶接して取り付け、
前記シースの上端部を前記ハンドルに溶接にて取り付け、前記シースの下端部を前記下部支持部材に溶接にて取り付け、
前記タイロッド、前記ハンドル、前記下部支持部材、及び内部に前記複数の中性子吸収部材が配置された前記シースが溶接にて一体化されて構成される制御棒の中間構成体の全体を加熱し、
この加熱の後で、前記シースと前記ハンドルの第１溶接部、及びこの第１溶接部と接する前記シース及び前記ハンドルのそれぞれの一部を水冷及び空冷のいずれかにより冷却することを特徴とする制御棒の製造方法。
【請求項２】
前記第１溶接部に接する前記シースの一部は前記第１溶接部から前記シースの下端に向かって５０ｍｍの範囲であり、前記第１溶接部に接する前記ハンドルの一部は前記第１溶接部から前記ハンドルの上端に向かって５０ｍｍの範囲である請求項１に記載の制御棒の製造方法。
【請求項３】
前記第１溶接部に接する前記シースの一部は前記第１溶接部から前記シースの下端に向かって１０ｍｍの範囲であり、前記第１溶接部に接する前記ハンドルの一部は前記第１溶接部から前記ハンドルの上端に向かって１０ｍｍの範囲である請求項２に記載の制御棒の製造方法。
【請求項４】
前記加熱の後で、前記タイロッドと前記タイロッドの軸方向において前記シースに形成された複数のタブの第２溶接部、及びこの第２溶接部と接する前記タイロッド及び前記シースのそれぞれの一部を水冷及び空冷のいずれかにより冷却する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の制御棒の製造方法。
【請求項５】
前記加熱の後で、前記シースと前記下部支持部材の第３溶接部、及びこの第３溶接部と接する前記シース及び前記下部支持部材のそれぞれの一部を水冷及び空冷のいずれかにより冷却する請求項４に記載の制御棒の製造方法。
【請求項６】
前記中間構成体の加熱が、この中間構成体を加熱炉内に入れて行う請求項１ないし５のいずれかの１項に記載の制御棒の製造方法。
【請求項７】
前記中間構成体の加熱が、高周波誘導加熱装置により行われる請求項１ないし５のいずれかの１項に記載の制御棒の製造方法。
【請求項８】
前記中間構成体が、前記加熱により、３００℃〜４７５℃の範囲に加熱される請求項１ないし７のいずれかの１項に記載の制御棒の製造方法。
【請求項９】
タイロッドの上端に取り付けられた横断面が十字形をしているハンドルに複数の中性子吸収部材を取り付け、前記タイロッドの下端に横断面が十字形をしている下部支持部材に複数の他の前記中性子吸収部材を取り付け、
前記タイロッドから四方に伸びるように配置されて内部に前記ハンドルに取り付けられた前記複数の中性子吸収部材及び前記下部支持部材に取り付けられた前記複数の他の中性子吸収部材を配置されたシースであって、横断面がＵ字状をしている４枚の前記シースのそれぞれの側端部を前記タイロッドに溶接して取り付け、
前記シースの上端部を前記ハンドルに溶接にて取り付け、前記シースの下端部を前記下部支持部材に溶接にて取り付け、
前記タイロッド、前記ハンドル、前記下部支持部材、及び内部に前記複数の中性子吸収部材が配置された前記シースが溶接にて一体化されて構成される制御棒の中間構成体の、前記シースと前記ハンドルの第１溶接部、及びこの第１溶接部と接する前記シース及び前記ハンドルのそれぞれの一部を加熱し、
この加熱の後で、前記シースと前記ハンドルの第１溶接部、及びこの第１溶接部と接する前記シース及び前記ハンドルのそれぞれの一部を水冷及び空冷のいずれかにより冷却することを特徴とする制御棒の製造方法。
【請求項１０】
前記第１溶接部に接する前記シースの一部は前記第１溶接部から前記シースの下端に向かって５０ｍｍの範囲であり、前記第１溶接部に接する前記ハンドルの一部は前記第１溶接部から前記ハンドルの上端に向かって５０ｍｍの範囲である請求項９に記載の制御棒の製造方法。
【請求項１１】
前記第１溶接部に接する前記シースの一部は前記第１溶接部から前記シースの下端に向かって１０ｍｍの範囲であり、前記第１溶接部に接する前記ハンドルの一部は前記第１溶接部から前記ハンドルの上端に向かって１０ｍｍの範囲である請求項１０に記載の制御棒の製造方法。
【請求項１２】
前記第１溶接部から前記シースの下端に向かって５０ｍｍの範囲に存在する前記シースの部分、及び前記第１溶接部から前記ハンドルの上端に向かって５０ｍｍの範囲に存在する前記ハンドルの部分のそれぞれに対する前記加熱が、互いに離れている複数の加熱位置において行われる請求項１０に記載の制御棒の製造方法。
【請求項１３】
前記第１溶接部から前記シースの下端に向かって１０ｍｍの範囲に存在する前記シースの部分、及び前記第１溶接部から前記ハンドルの上端に向かって１０ｍｍの範囲に存在する前記ハンドルの部分のそれぞれに対する前記加熱が、互いに離れている複数の加熱位置において行われる請求項１１に記載の制御棒の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御棒の製造方法に係わり、特に、沸騰水型原子炉に用いる横断面が十字形をした制御棒に適用するのに好適な制御棒の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉に用いられる制御棒は、横断面が十字形をしており、原子炉の運転中において燃料集合体が装荷された炉心に出し入れされて原子炉出力を制御する。制御棒は、運転サイクルの末期には炉心から全て引抜かれる。
【０００３】
その制御棒の一例が、特開平９−６１５７６号公報に記載されている。この制御棒は、ブレードを構成するシース内に中性子吸収材である扁平なハフニウム筒状体を配置している。２本のハフニウム筒状体が制御棒の軸方向に存在する。特開平９−６１５７６号公報は、その制御棒の製造について以下のように説明している。
【０００４】
ハンドルがタイロッドの上端部に取り付けられる。ハンドルは、ハンドル本体及びハンドル本体から下方に向かって伸びる上部舌状部を有する。下部支持部材本体及び下部支持部材本体から上方に向かって伸びる下部舌状部を有する下部支持部材が、タイロッドの下端部に取り付けられる。ハンドル、タイロッド及び下部支持部材の集合体をフレームと称する。
【０００５】
ハンドルの上部舌状部が上部ハフニウム筒状体の上端部に挿入され、上部ハフニウム筒状体が上部舌状部にピンで固定される。下部支持部材の下部舌状部が下部ハフニウム筒状体の下端部に挿入され、下部ハフニウム筒状体が下部舌状部位にピンによって固定される。上部舌状部に取り付けられた複数の上部ハフニウム筒状体、及び下部舌状部に取り付けられた複数の下部ハフニウム筒状体が、横断面がＵ字状であるステンレス鋼製のシース内に挿入される。その後、シースの上端、下端及び側端が、ハンドル、下部支持部材及びタイロッドにそれぞれ溶接される。シースの側端部には制御棒の軸方向に複数のタブ（突起部）が形成されており、これらのタブがタイロッドに溶接される。
【０００６】
シース及び複数のハフニウム筒状体で１つのブレードが形成される。制御棒は、タイロッドから四方にのびる４枚のブレードを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−６１５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に、溶接を行うと溶接部には圧縮の塑性ひずみが発生する。圧縮塑性ひずみは、変形が拘束されない部位では収縮変形を生じさせる。一方、変形が拘束される部位では引張残留応力が発生する。
【０００９】
上記した制御棒においては、最初に、タイロッドとシースのタブとの溶接が行われる。この溶接部には引張残留応力、及びその溶接部の周囲には圧縮残留応力がそれぞれ発生する。次に、ハンドルとシース及び下部支持部材とシースのそれぞれの溶接が行われる。これらの溶接によって生じる、制御棒の軸方向におけるシースの変位が、上記タブとタイロッドの溶接で拘束されるため、シースの広い領域に渡って引張残留応力が発生する。
【００１０】
沸騰水型原子炉では、制御棒は運転期間中に中性子照射を受ける。発生因子である環境、材料及び引張応力が重畳すると応力腐食割れ（ＳＣＣ）が発生することがある。さらに、ＳＣＣにより発生したき裂が進展することがある。ＳＣＣは、３つの発生因子のうち一つを取り除くことにより発生を抑制できることが知られている。引張残留応力を低く抑え、さらには圧縮応力化することは、ＳＣＣの発生を抑制するため、及び万一発生した場合であってもその進展を止めるために重要である。
【００１１】
本発明の目的は、シースにおけるき裂の発生を防止できる制御棒の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、タイロッドの上端に取り付けられた横断面が十字形をしているハンドルに複数の中性子吸収部材を取り付け、タイロッドの下端に横断面が十字形をしている下部支持部材に複数の他の中性子吸収部材を取り付け、
タイロッドから四方に伸びるように配置されて内部にハンドルに取り付けられた複数の中性子吸収部材及び下部支持部材に取り付けられた複数の他の中性子吸収部材を配置されたシースであって、横断面がＵ字状をしている４枚のシースのそれぞれの側端部をタイロッドに溶接して取り付け、
シースの上端部をハンドルに溶接にて取り付け、シースの下端部を下部支持部材に溶接にて取り付け、
タイロッド、ハンドル、下部支持部材、及び内部に複数の中性子吸収部材が配置されたシースが溶接にて一体化されて構成される、制御棒の中間構成体の全体を加熱し、
制御棒の中間構成体の全体を加熱した後で、シースとハンドルの第１溶接部、及びこの第１溶接部と接するシース及びハンドルのそれぞれの一部を水冷及び空冷のいずれかにより冷却するので、溶接により発生した圧縮塑性ひずみが減少し、この結果、シース及び第１溶接部の引張応力が減少し、シース及び第１溶接部にき裂が発生することを防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、制御棒のシースにおけるき裂の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の制御棒の製造方法を適用して製造された制御棒の側面図である。
【図２】タイロッドとシースの溶接を示す図１に示す制御棒の横断面図である。
【図３】実施例１の制御棒の製造方法において加熱された制御棒を冷却する局所急冷装置の、制御棒の横断面における配置状態を示す説明図である。
【図４】図３に示す制御棒の冷却における局所急冷装置の、制御棒の軸方向における配置状態を示す説明図である。
【図５】実施例１の制御棒の製造方法における溶接過程及び局所急冷過程での応力及びに関係を示す応力・ひずみの履歴図である。
【図６】実施例１の制御棒の製造方法で製造された制御棒の横断面におけるタイロッド領域及びシース領域での応力分布を示す説明図である。
【図７】シースの上端部及び下端部で生じる軸方向での残留応力の分布を示す説明図である。
【図８】本発明の他の実施例である実施例２の制御棒の製造方法を適用して製造された制御棒の側面図である。
【図９】実施例２の制御棒の製造方法において加熱された制御棒のタイロッドとシースの溶接部を冷却する局所急冷装置の、制御棒の横断面における配置状態を示す説明図である。
【図１０】本発明の他の実施例である実施例３の制御棒の製造方法を適用して製造された制御棒の側面図である。
【図１１】本発明の他の実施例である実施例４の制御棒の製造方法を適用して製造された制御棒の側面図である。
【図１２】実施例４の制御棒の製造方法において制御棒の側面を部分加熱し部分加熱領域を冷却する加熱急冷装置の、制御棒の軸方向における配置状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の好適な一実施例である実施例１の制御棒の製造方法を以下に説明する。
【００１７】
まず、本実施例における制御棒の製造方法で製造された制御棒の構造を、図１を用いて説明する。この制御棒は、沸騰水型原子炉に適用され、沸騰水型原子炉の原子炉出力の制御に用いられる。
【００１８】
実施例１の制御棒の製造方法で製造された制御棒１は、横断面が十字形をしていて軸心にタイロッド２が配置され、このタイロッド２から四方に伸びる４枚のブレード３を有する。ハンドル５がタイロッド２の上端部に取り付けられ、下部支持部材６がタイロッド２の下端部に取り付けられる。下部支持部材６は、下部支持板（または落下速度リミッタ）である。
【００１９】
各ブレード３は、横断面がＵ字状をしているシース４、扁平な筒状体であり中性子吸収部材であるハフニウム部材５Ａ，５Ｂを有する。シース４はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４またＳＵＳ３１６Ｌ等）によって構成される。シース４の上端はハンドル５に溶接され、シース４の下端は下部支持部材８に溶接されている。シース４のＵ字の両端部には、複数のタブ（突出部）８が軸方向において所定の間隔を置いて形成されている。タブ８は、シース４の一部であって、Ｕ字状のシース４の、対向する側端部にそれぞれ形成されており、タイロッド２側に向かって突出している突出部である。これらのタブ８は溶接にてタイロッド２に接合されている。シース４の上端とハンドル５、及びシース４の下端と下部支持板６も溶接によって接合されている。制御棒１において、シース４とハンドル５の溶接部３６（図４参照）及びこの溶接部付近に、残留応力改善領域１２Ａが形成されている。
【００２０】
１つのブレード２のシース４内に形成される空間内に、２つのハフニウム部材５Ａ及び２つのハフニウム部材５Ｂが配置されている。ハフニウム部材５Ａはハフニウム部材５Ｂの上方に位置しており、これらの軸方向の長さは同じである。ハンドル５の下端部に形成された舌状部６Ａがハフニウム部材５Ａの上端部内に挿入され、この状態で、ハフニウム部材５Ａの上端部が舌状部６Ａにピン７Ａで取り付けられている。下部支持部材６の上端部に形成された舌状部６Ｂがハフニウム部材５Ｂの下端部内に挿入され、この状態で、ハフニウム部材５Ｂの下端部が舌状部６Ｂにピン７Ｂで取り付けられている。ハフニウム部材３Ｕは上端部がハンドル５に取り付けられ、ハフニウム部材３Ｌが下部支持板８に取り付けられている。沸騰水型原子炉の運転中において、舌状部６Ａ，６Ｂに取り付けられたハフニウム部材５Ａ，５Ｂが熱膨張しても、ハフニウム部材５Ａの下端とハフニウム部材５Ｂの上端が互いに接触しないように、ハフニウム部材５Ａの下端とハフニウム部材５Ｂの上端との間にギャップ（図示せず）が形成されている。
【００２１】
シース４には複数の開口９が形成され、ハフニウム部材５Ａ，５Ｂにも複数の開口１０がそれぞれ形成されている。さらに、シース４の最上端部に複数の開口１１Ａが形成され、シース４の最下端部に複数の開口１１Ｂが形成されている。
【００２２】
制御棒１は、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に配置され、原子炉出力を制御するために、複数の燃料集合体が装荷された炉心内に制御棒駆動機構（図示せず）によって出し入れされる。制御棒１は、下部支持部材６の下端部に設けられたコネクタ１７によって原子炉圧力容器の底部に設けられた制御棒駆動装置に連結される。制御棒駆動装置は、制御棒１の炉心内への挿入操作、及び制御棒１の炉心からの引き抜き操作を行う。原子炉圧力容器内を流れる冷却水は、シース４に形成された一部の開口９及びシース４の最下端部に形成された複数の開口１１Ｂからシース４内に流入し、ハフニウム部材５Ａ，５Ｂとシース４の内面の間に形成される隙間部を上昇しながら、ハフニウム部材５Ａ，５Ｂを冷却する。シース４内に流入した冷却水は、他の開口９（特に上端部に位置する開口９）及びシース４の最上端部に形成された複数の開口１１Ａからシース４の外に流出する。
【００２３】
シース４内に流入した冷却水の一部は、ハフニウム部材５Ｂに設けられた小径の開口９を通ってハフニウム部材５Ｂ内に流入してハフニウム部材５Ｂ，５Ａ内を上昇し、ハフニウム部材５Ａに形成された小径の開口１０を通ってハフニウム部材５Ａ外に流出する。このように、冷却水がハフニウム部材（中性子吸収部材）５Ｂ，５Ａ内に流入することによって、これらのハフニウム部材の冷却が促進される。
【００２４】
本実施例の制御棒の製造方法を適用して行われる制御棒１の製造について説明する。
【００２５】
まず、横断面が十字形をしているハンドル５がタイロッド２の上端に、横断面が十字形をしている下部支持部材５がタイロッド２の下端に、溶接によりそれぞれ取り付けられる。その後、扁平な筒状体の各ハフニウム部材５Ａの上端部が、ピン７Ａによりそれぞれの上部舌状部６Ａに取り付けられる。さらに、扁平な筒状体の各ハフニウム部材５Ｂの下端部が、ピン７Ｂによりそれぞれの上部舌状部６Ａに取り付けられる。２本のハフニウム部材５Ａ及び２本のハフニウム部材５Ｂが、タイロッド２から四方に向かって、それぞれ配置される。横断面がＵ字状をした１枚のシース４を、シース４に形成されたタブ８がタイプレート２側を向くように配置して、このシース４をタイロッド２に向かって移動させる。このシース４の移動によって、２本のハフニウム部材５Ａ及び２本のハフニウム部材５Ｂが、シース４内に配置され、やがて、１枚のシース４に形成された各タブ８がタイロッド２の表面に重ねられる。残りの３枚のシース４も、同様に、タイロッド２に向かって移動させ、各シース４のそれぞれのタブ８も、タイロッド２の表面に重ねられる。３枚のシース４ないにも、それぞれ、２本のハフニウム部材５Ａ及び２本のハフニウム部材５Ｂが配置される。
【００２６】
４枚のシース４がタイロッド２に溶接される。これらのシース４とタイロッド２の溶接を、図２を用いて具体的に説明する。４枚のシース４をタイロッド２に溶接する場合には、タイロッド２の軸方向において８箇所に形成された各タブ８の位置で溶接を行う必要がある。さらに、タイロッド２のある横断面においても、８箇所でシース４がタイロッド２に溶接される。
【００２７】
本実施例では、４枚のシース４が一度にタイロッド２に溶接される。これらのシース４のタイロッド２への溶接を、図２を用いて、具体的説明する。１枚のシース４においては、タブ８が、Ｕ字状に曲げられたシース４の両側端部にそれぞれ形成され、１枚のシース４の両側端部に形成された各タブ８をタイロッド２に溶接する必要がある。このため、シース４の軸方向でタブ８が形成された或る横断面において、タブ８とタイロッド２との８つの溶接個所に、８個の溶接トーチ１４を別々に対向させて配置する（図２参照）。その後、タイロッド２の軸方向の或る横断面において、これらの溶接トーチ１４を用いて各溶接位置でタイロッド２とタブ８がそれぞれ溶接される。１３はタイロッド２とタブ８の溶接部である。本実施例では、タイロッド２の軸方向の或る横断面において、８個の溶接トーチ１４を用いて８箇所におけるタイロッド２とタブ８の溶接を同時に行うので、タイロッド２とシース４の溶接に要する時間を短縮することができる。１つの横断面での８箇所のタイロッドとタブ８の溶接が終了した後、８個の溶接トーチ１４をタイロッド２の軸方向に移動させ、他の横断面での横断面での８箇所のタイロッドとタブ８の溶接を８個の溶接トーチ１４を用いて同時に行う。このように、８個の溶接トーチ１４をタイロッド２の軸方向に移動させることによって、タイロッド２の軸方向に存在する全てのタブ８をタイロッド２の横断面で８個ずつタイロッド２に溶接することができる。
【００２８】
もし、タイロッド２の周囲で８箇所にそれぞれ溶接トーチ１３が配置できない場合には、シース４を１枚ずつ順番にタイロッド２に溶接してもよい。シース４を１枚ずつタイロッド２に溶接する場合には、フレーム（タイロッド２、ハンドル５及び下部支持部材６の集合体）を加熱して１枚目のシース４とタイロッド２、このシース４とハンドル５、及びこのシース４と下部支持部材６の溶接を順次行い、１枚目のシース４の溶接が全て終了した後、順次、他のシース４に対しても同様な溶接を行う。
【００２９】
タイロッド２の軸方向に存在するすべてのタブ８とタイロッド２の溶接、すなわち、シース４とタイロッド２の溶接が終了した後、各シース４の上端部とハンドル５、及び各シース４の下端部と下部支持部材６の溶接が行われる。
【００３０】
シース４とハンドル５及び下部支持部材６の溶接が完了した後、製造途中の中間構造体である制御棒１が、全体を一様に加熱するために、制御棒１の全体を入れることが可能な寸法を有する電気炉内に収納される。そして、この制御棒１の全体を電気炉にて加熱する。加熱により制御棒１の全体の温度が３００℃になった時点で、加熱された制御棒１を電気炉から取り出し、その後、シース４の上端部とハンドル５との溶接部と、溶接により圧縮塑性ひずみが発生している、シース４の上端部とハンドル５の溶接部付近を急冷する。本実施例では、加熱された制御棒１の、その溶接部及びその溶接部付近以外の部分での急冷は行われない。ここで、シース４の上端部においてハンドル５との溶接により圧縮塑性ひずみが発生している領域は、シース４とハンドル５の溶接部３６（図４参照）から母材側（シース４の下端側）に１０ｍｍ以内の領域である。また、ハンドル５においてシース８の上端部との溶接により圧縮塑性ひずみが発生している領域も、溶接部３６からハンドル３の母材側（ハンドル５の上端側）に１０ｍｍ以内の領域である。
【００３１】
ハフニウム部材５Ａ、５Ｂのハフニウムの耐食性の観点から、ハフニウムの耐食性が低下する温度範囲である６５０℃を超える範囲にならないようにする必要がある。また、シース４を構成するステンレス鋼では、４７５℃を超えると、溶接金属を含むδフェライトで脆化が生じる可能性がある。ハフニウムの耐食性が低下及びδフェライトの脆化を考慮すると、制御棒１を加熱する温度は４７５℃以下にする。
【００３２】
これらの領域において溶接で生じた圧縮塑性ひずみを減少させるために急冷する範囲は、上記した１０ｍｍよりも広くするとよい。十分な余裕をみて溶接部３６からハンドル５側及びシース４側のそれぞれの母材部の５０ｍｍの範囲を急冷するとよい。加熱された制御棒１のシース４の上端部とハンドル５との溶接部３６、及び溶接により圧縮塑性ひずみが発生している、シース４の上端部とハンドル５の溶接部３６付近の急冷を、図３及び図４を用いて説明する。この急冷には、冷却水噴射装置１５が用いられる。
【００３３】
冷却水噴射装置１５は一対の冷却水噴射部２６Ａ，２６Ｂを有し、冷却水噴射部２６Ａ，２６Ｂはそれぞれ複数の冷却水噴射孔１６が形成された複数（例えば、３本）の冷却水供給管１５Ａを有する（図３及び図４参照）。冷却水噴射部２６Ａは、複数の（例えば、３本）の冷却水供給管１５Ａが、図４に示すように、制御棒１の軸方向に隣接させて配置され、かつこれらの冷却水供給管１５Ａが、制御棒１の横断面において、シース４の４つの側面に沿って配置できる形状を有している。冷却水供給管１５Ａは、１つの平面内においてＵ字状に折り曲げられ、さらに、その平面内において両端部が１８０°反対を向くように、直角に曲げられている。冷却水噴射部２６Ｂも冷却水噴射部２６Ａと同じ構成を有している。
【００３４】
冷却水噴射部２６Ａ，２６Ｂが、溶接部３６からハンドル５側に５０ｍｍ及び溶接部３６からシース４側に５０ｍｍの範囲を冷却できるように、シース４とハンドル５との溶接部３６及この溶接部３６付近で、一直線になる２つのブレード３を基準に対象になるように配置される。このとき、冷却水噴射部２６Ａの各冷却水供給管１５Ａは、１つのブレード３のシース４の両側面に沿って配置され、このブレード３と直交する他の２つのブレード３のそれぞれのシース４の１つの側面に沿って配置される（図３参照）。各冷却水供給管１５Ａは、その１つのブレード３の根元付近で直角に折り曲げられている。各冷却水供給管１５Ａに形成されたそれぞれの冷却水噴射孔１６は、シース４の側面のほうを向いている。冷却水噴射部２６Ｂの各冷却水供給管１５Ａも、冷却水噴射部２６Ｂの各冷却水供給管１５Ａが面する各シース４のそれぞれの側面とは異なる、各シース４の側面に面するように、冷却水噴射部２６Ａの各冷却水供給管１５Ａと同様に配置される。
【００３５】
冷却水噴射部２６Ａ，２６Ｂのそれぞれの冷却水供給管１５Ａは、図４に示すように、制御棒１の軸方向の異なる位置で、シース４とハンドル５の溶接部３６及この溶接部３６付近に配置される。
【００３６】
冷却水噴射部２６Ａ，２６Ｂのそれぞれの冷却水供給管１５Ａ内にそれぞれ供給された冷却水が、各冷却水供給管１５Ａに形成された複数の冷却水噴射孔１６からシース４及びハンドル５の側面に向かって噴射される。これらの冷却水噴射孔１６からの冷却水の噴射によって、３００℃に加熱された制御棒１の、溶融境界からシース４側に５０ｍｍ及び溶融境界からハンドル５側に５０ｍｍのそれぞれの範囲を対象に、全てのシース４、及びハンドル５が局所的に急冷される。
【００３７】
急冷のための冷却水噴射孔１６からの冷却水の噴射は、シース４とハンドル５の溶接部３６及びこの溶接部３６から５０ｍｍのそれぞれの領域でのシース４及びハンドル５の温度が噴射している冷却水の温度に低下するまで継続して行われる。噴射する冷却水として水道水を用いる。噴射する冷却水の温度は例えば２０℃である。上記した領域を急冷するために冷却水噴射孔１６から噴射される冷却水の温度は、１００℃以下であればよい。
【００３８】
シース４及びハンドル５の溶接部３６及びこの溶接ぶ３６からシース４側及びハンドル５側にそれぞれ５０ｍｍの各範囲の温度が噴射された冷却水の温度まで低下した時点で、冷却水供給管１５Ａの冷却水噴射孔１６からの冷却水の噴射を停止する。制御棒１の冷却水が噴射されていない領域では温度があまり低下しておらず高温になっているので、制御棒１全体が室温で均一な温度になるまで一定時間（例えば１２時間）以上、シース４及びハンドル５の溶接部３６及びこの溶接部３６からシース４側及びハンドル５側にそれぞれ５０ｍｍの各範囲が冷却水によって急冷された制御棒１が空気中に放置される。全体が室温（例えば２０℃）まで均一に温度が低下した時点で制御棒１が完成し、本実施例の制御棒の製造方法が終了する。本実施例の制御棒の製造方法が終了したとき、制御棒１に、シース４及びハンドル５の溶接部３６及びこの溶接部３６からシース４側及びハンドル５側にそれぞれ５０ｍｍの各範囲に、局所的な急冷（水冷）により引張残留応力が生じていない残留応力改善領域１２Ａが形成される。
【００３９】
制御棒１の全体を３００℃になるように一様に加熱し、上記したように、ハンドル５とシース４の溶接部３６と、この溶接部３６に接するハンドル２側及びシース８側の母材を前述のように局所急冷することにより、シース４の残留応力が零になるメカニズムを、図５を用いて説明する。図５は、シース４とハンドル５の溶接部３６における溶接過程、その後の制御棒全体を均一に加熱した後の局所急冷過程に発生する弾塑性ひずみと応力の履歴を示している。
【００４０】
図５において、経路ＯＡＢＣＤは、溶接過程でシース４に引張残留応力が発生する履歴を示している。シース４とハンドル５の溶接による入熱により入熱部は温度が上昇する。温度上昇により入熱部には引張熱ひずみが発生する。引張熱ひずみが発生した領域では、変形の拘束がなければ膨張変形が起きる。一方、シース４とハンドル５の溶接部３６では変形の拘束により圧縮応力が発生する。すなわち、溶接の入熱過程では、初期状態ＯからＡを経由してＢに到達する。ここで、Ａでは材料の降伏が起き、経路ＡＢでは圧縮塑性ひずみが発生する。溶接が終了して入熱が途絶えると、初期温度（室温、例えば２０℃）になるように溶接部３６の温度が降下する。すなわち、冷却過程では、ＢからＣを経由してＤに到達する。Ｄにおける応力が溶接残留応力である。
【００４１】
次に、制御棒１の全体を一様加熱し、さらに局所急冷するときの履歴について説明する。溶接後の制御棒全体の均一な加熱では、加熱に伴う制御棒の体積膨張による変形を拘束しない状態で行う。すなわち、均一な加熱では、熱応力は新たに生じない。そのため、制御棒全体の均一な加熱が完了した時点で、応力と弾塑性ひずみの状態は図５ではＤのままである。
【００４２】
局所的な急冷（水冷）を開始すると、急冷された領域（制御棒１のシース４及びハンドル５の溶接部３６及びこの溶接部３６からシース４側及びハンドル５側にそれぞれ５０ｍｍの各範囲）では温度降下に伴い熱ひずみが減少する。急冷された領域では、熱ひずみの減少によるシース４の収縮変形が拘束されるため、引張応力が発生し、圧縮塑性ひずみが減少する。急冷の停止及びその後の周囲の冷却により、応力・ひずみ履歴は、ＤからＥ１を経由してＦ１に到達する。Ｆ１における応力が、制御棒１の３００℃の一様加熱及びその後における上記した局所的な急冷後におけるシース４の残留応力である。
【００４３】
制御棒１のタイロッド２、シース４、ハンドル５及び下部支持部材６を構成するオーステナイト系ステンレス鋼のδフェライトは４７５℃以下の温度であれば脆化が生じない。このため、制御棒１を４７５℃に加熱し、例えば２０℃の冷却水を前述したようにシース４とハンドル５の溶接部３６及びこの溶接部３６付近に噴射して、シース４とハンドル５の溶接部３６及びこの溶接部３６付近のシース４及びハンドル５を急冷すれば、シース４に高い圧縮応力を付与することができる。制御棒１を４７５℃まで一様加熱し、その後に、シース４及びハンドル５を前述のように局所的に急冷した場合には、制御棒１における局所的な急冷部の応力及びひずみの履歴は、図５においてＤからＥ２を経てＦ２に到達する。すなわち、シース４及びハンドル５の溶接部３６及びこの溶接部３６からシース４側及びハンドル５側にそれぞれ５０ｍｍの各範囲におけるシース４及びハンドル５に圧縮残留応力が付与される。ただし、シース４に発生した圧縮応力と自己平衡する引張応力がタイロッド２に発生する。
【００４４】
制御棒１の横断面（図１のＡ−Ａの位置）における残留応力分布を図６に示す。制御棒１の一様な加熱によって、シース４には破線２７で示す引張応力が発生し、この引張応力と自己平衡する、破線２８で示される圧縮応力がタイロッド２に発生する。制御棒１の一様な加熱の後において、前述したように、シース４とハンドル５の溶接部３６、及びこの溶接部３６付近（溶接部３６からシース４側及びハンドル５側にそれぞれ５０ｍｍの各範囲）のシース４及びハンドル５を急冷（水冷）する。制御棒１全体を３００℃に均一に加熱し、その後、シース４及びハンドル５の溶接部３６及びこの溶接部３６付近のシース４及びハンドル５を急冷することにより、溶接部３６の圧縮塑性ひずみが減少するので、タイロッド２及びシース４の残留応力は、それぞれ図６において点線２９（タイロッド２）及び点線３０（シース４）１９で示すように、小さくなる。また、制御棒１全体を４７５℃に均一に加熱し、前述したように、シース４とハンドル５の溶接部３６及びこの溶接部３６付近のシース４及びハンドル５を急冷した場合には、その溶接部３６には引張塑性ひずみが発生し、シース４には実線３１で示す圧縮応力が発生する。一方、この圧縮応力と自己平衡する、実線３２で示す引張応力がタイロッド２に発生する。
【００４５】
図７において、従来の制御棒（特開平９−６１５７６号公報記載の制御棒）の軸方向における残留応力分布は破線３３で示される。この従来の制御棒では、破線３３で示されるように、シース４の上端部及び下端部にそれぞれ引張残留応力が形成される。シース４の軸方向全長をＬ０及びシース４内で引張残留応力が生じる領域の、制御棒の軸方向における長さをＬ１としたとき、従来の制御棒において、引張残留応力が生じる領域の、シース４の上端及び下端からのそれぞれの長さＬ１は０．２Ｌ０となる。特に、従来の制御棒では、炉心に挿入されている期間が長いシース４の上端部にき裂が発生する可能性がある。
【００４６】
本実施例の制御棒の製造方法に基づいて製造された制御棒１では、制御棒１全体を均一に３００℃に加熱した後に、前述したように、シース４とハンドル５の溶接部３６等を急冷（水冷）したときに、シース４の上端部および下端部に生じる残留応力が、点線３４で示すように、零になり、さらに、制御棒１全体を均一に４７５℃に加熱した後に、シース４とハンドル５の溶接部３６等を急冷（水冷）したときに、圧縮残留応力が、実線３５で示すように、シース４の上端部および下端部に付与される。制御棒１Ａ全体の加熱温度は４７５℃以下であればよい。また、下限の加熱温度は３００℃である。
【００４７】
本実施例で製造された制御棒１のシース４には、図７に示すように、制御棒１の軸方向において、点線３４または実線３５で示される残留応力の分布が形成される。特に、実線３５で示される、制御棒１の軸方向における残留応力分布は、圧縮残留応力である。このような圧縮残留応力が、中性子の照射量が多いシース４の上端部に形成されるため、シース４にき裂が生じる危険性を解消することができる。制御棒１は、特に、シース４の上端部の引張応力が減少しているので、シース４の上端部でき裂が発生することが防止できる。シースの下端部は、中性子の照射量はシースの上端部よりも少ないが、引張応力があるとＳＣＣが発生し進展することがある。そのため、シースの下端部において引張応力の減少によりＳＣＣの発生を防止できる。
【００４８】
本実施例の制御棒の製造方法は、制御棒１全体を加熱した後に、シース４とハンドル５の溶接部３６及びこの溶接部３６付近のシース４及びハンドル５を、前述したように、水冷により急冷することによって、ＳＣＣに起因したき裂がシース４の上端部に発生することを防止することができる。
【００４９】
本実施例では、急冷（水冷）する領域を、シース４とハンドル５の溶接部３６、及びこの溶接部３６からシース４側に５０ｍｍ及び溶融境界からハンドル５側に５０ｍｍのそれぞれの範囲としたが、シース４とハンドル５の溶接部３６、及びこの溶接部３６からシース４側に１０ｍｍ及びこの溶接部３６からハンドル５側に１０ｍｍのそれぞれの範囲にしてもよい。溶融境界からシース４側に１０ｍｍ及び溶融境界からハンドル５側に１０ｍｍのそれぞれの範囲は、シース４とハンドル５の溶接により圧縮塑性ひずみが発生している領域である。
【００５０】
制御棒１全体の均一な加熱は、本実施例では加熱炉（例えば、電気炉）を用いて行っているが、加熱炉の替りに、例えばバーナーの火炎を用いて行っても良い。
【００５１】
また、制御棒１全体の均一な加熱において、例えば高周波誘導加熱を利用することも可能である。高周波誘導加熱を用いることによって、制御棒１全体を短時間に高い温度に予熱することが可能である。この高周波誘導加熱において、例えば、制御棒１全体を一度に加熱できる高周波誘導加熱用のコイルを用いる。また、タイロッド２の軸方向に隣り合うタブ８間の長さを有する高周波誘導加熱用のコイルを用いてもよい。
【実施例２】
【００５２】
本発明の他の実施例である実施例２の制御棒の製造方法を以下に説明する。
【００５３】
まず、本実施例における制御棒の製造方法で製造された制御棒１Ａの構造を、図８を用いて説明する。この制御棒１Ａは、沸騰水型原子炉に適用され、沸騰水型原子炉の原子炉出力の制御に用いられる。制御棒１Ａは、制御棒１において残留応力改善領域１２Ｂをさらに形成した構成を有する。すなわち、制御棒１Ａは、残留応力改善領域１２Ａ以外に残留応力改善領域１２Ｂを形成している。制御棒１Ａにおいて、残留応力改善領域１２Ｂは複数のタブ８とタイロッド２のそれぞれの溶接部１３及びこの溶接部１３付近のタイロッド２及びシース４に形成されている。制御棒１Ａの他の構成は制御棒１と同じである。
【００５４】
シース４とタイロッド２の接合では、シース４に形成されている複数のタブ８とタイロッド２が溶接される。これらの溶接部１３には引張残留応力が発生している。シース４におけるＳＣＣの発生を抑制するためには、これらの溶接部１３及び溶接部１３付近に圧縮応力を付与することが望ましい。しかし、複数のタブ８とタイロッド２のそれぞれの溶接部１３に圧縮応力が付与されると、それと自己平衡する引張応力が発生する。このため、引張応力を減少させ、好ましくは零にするのが良い。これは、実施例１と同様に、制御棒１Ａ全体を均一に加熱し、シース４とタイロッド２の溶接部３６と、この溶接部３６に接するタイロッド２側の母材と、シース４側の母材を局所的に急冷（水冷）することにより達成することができる。
【００５５】
実施例１と同様に、ハフニウム部材５Ａ，５Ｂを各シース４内に配置して、それぞれのシース４とタイロッド２、ハンドル５及び下部支持部材６との溶接が順次行われる。これらの溶接が完了した後、製造途中の中間構造体である制御棒１Ａが電気炉内に収納されて加熱される。制御棒１Ａの全体が３００℃になったとき、制御棒１Ａの加熱が停止され、制御棒１Ａが電気炉から取り出される。そして、シース４とハンドル５の溶接部３６、及びこの溶接部３６からシース４側に５０ｍｍ及びこの溶接部３６からハンドル５側に５０ｍｍのそれぞれの範囲を、実施例１と同様に、冷却水噴射装置１５の冷却水供給管１５Ａから冷却水を噴射させることにより急冷（水冷）する。シース４とハンドル５の溶接部３６等の水冷と同時に、各タブ８とタイロッド２のそれぞれの溶接部１３、及びこの溶接部１３付近のシース４及びタイロッド２も冷却水の噴射により急冷（水冷）する。
【００５６】
各タブ８とタイロッド２のそれぞれの溶接部１３、及びこの溶接部１３付近のシース４及びタイロッド２も冷却水の噴射により急冷（水冷）は、以下のようにして行われる。この急冷には図９に示される冷却水噴射装置１８が用いられる。冷却水噴射装置１８は、冷却水供給管１８Ａ及び冷却水供給管１８Ａに取り付けられた噴射ノズル１９を有する。４本の冷却水供給管１８Ａが、タイロッド２の側に配置されてタイロッド２の４つの側面に別々に対向しており（図９参照）、制御棒１Ａの軸方向に伸びている。制御棒１Ａの軸方向に配置された１つのタブ８の位置における制御棒１Ａの横断面において、タイロッド２とタブ８の８つの溶接部１３が存在し、８個の噴射ノズル１９がこれらの溶接部１３に別々に対向させて配置される。これら８個の噴射ノズル１９は、１つのタブ８の位置における制御棒１Ａの横断面において、４本の冷却水供給管１８Ａにそれぞれ２個ずつ取り付けられている（図９参照）。各冷却水供給管１８Ａには、制御棒１Ａの軸方向におけるタブ８の個数と同じ個数の噴射ノズル１９が、冷却水供給管１８Ａの軸方向において一直線に並んで、制御棒１Ａの軸方向において隣り合うタブ８の間隔と同じ間隔で取り付けられている。この結果、各冷却水供給管１８Ａには、それぞれ、８個の噴射ノズル１９が設けられている。
【００５７】
全体が３００℃に加熱された制御棒１Ａが電気炉から取り出された後、冷却水噴射装置１５の冷却水供給管１５Ａがシース４とハンドル５の溶接部３６付近に配置されるとき、冷却水噴射装置１８の４本の冷却水供給管１８Ａが、前述したように、タイロッド２の４つの側面に別々に向き合うように配置される。冷却水供給管１５Ａに例えば２０℃の冷却水を供給して冷却水噴射孔１６からこの冷却水が噴射されるとき、各冷却水供給管１８Ａにも例えば２０℃の冷却水が供給されて各冷却水供給管１８Ａに設けられた全ての噴射ノズル１９から冷却水が噴射される。全ての噴射ノズル１９から冷却水を噴射することによって、制御棒１Ａにおけるタイロッド２と全てのタブ８の全ての溶接部１３及びこれらの溶接部１３付近のタイロッド及びタブ８が急冷（水冷）される。制御棒１Ａにおいて、タイロッド２とタブ８の溶接部１３の水冷は、シース４とハンドル５の溶接部３６の水冷が行われているときに行われる。
【００５８】
シース４とハンドル５の溶接部３６及びこの溶接部３６付近のシース４及びハンドル５のそれぞれの温度、及びタイロッド２とタブ８の溶接部１３及びこの溶接部付近のタイロッド２及びタブ８の温度が冷却水の温度（例えば、２０℃）まで低下したとき、制御棒１Ａ全体の温度が初期温度（室温、例えば２０℃）に低下するまで、制御棒１Ａが放置される。制御棒１Ａの全体の温度が初期温度に低下すると、タイロッド２とシース４のタブ８の溶接部３６及びこの溶接部３６付近のタイロッド２及びシース４の引張応力が減少して零になる。制御棒１Ａの全体の温度が初期温度まで低下したとき、本実施例の制御棒の製造方法が終了し、制御棒１Ａが完成する。
【００５９】
本実施例によれば、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【００６０】
また、制御棒１Ａ全体を４７５℃に一様に加熱してタイロッド２とシース４のタブ８の溶接部３６及びこの溶接部３６付近を水冷することにより、実施例１で制御棒１の全体を４７５℃に一様に加熱した後にシース４とハンドル５の溶接部３６等を水冷したときと同様に、溶接部３６、及びこの溶接部３６付近のタイロッド２及びシース４に圧縮残留応力が付与される。
【実施例３】
【００６１】
本発明の他の実施例である実施例３の制御棒の製造方法を以下に説明する。
【００６２】
まず、本実施例における制御棒の製造方法で製造された制御棒１Ｂの構造を、図１０を用いて説明する。この制御棒１Ｂは、沸騰水型原子炉に適用され、沸騰水型原子炉の原子炉出力の制御に用いられる。制御棒１Ｂは、制御棒１Ａにおいて残留応力改善領域１２Ｃをさらに形成した構成を有する。すなわち、制御棒１Ｂは、残留応力改善領域１２Ａ，１２Ｂ以外に残留応力改善領域１２Ｃを形成している。残留応力改善領域１２Ｃは、シース４と下部支持部材６の溶接部及びこの溶接部付近のシース４及び下部支持部材６に形成される。制御棒１Ｂの他の構成は制御棒１Ａと同じである。
【００６３】
実施例１と同様に、ハフニウム部材５Ａ，５Ｂを各シース４内に配置して、それぞれのシース４とタイロッド２、ハンドル５及び下部支持部材６との溶接が順次行われる。これらの溶接が完了した後、製造途中の中間構造体である制御棒１Ｂが電気炉内に収納されて加熱される。制御棒１Ｂの全体が一様に３００℃になったとき、制御棒１Ｂの加熱が停止され、制御棒１Ｂが電気炉から取り出される。
【００６４】
冷却水噴射装置１５の冷却水供給管１５Ａ及び冷却水噴射装置１８の冷却水供給管１８Ａが、実施例２と同様に、シース４とハンドル５の溶接部３６及びこの溶接部３６付近に、及びタイロッド２とシース４の全てのタブ８の各溶接部１３及びこれらの溶接部１３付近に配置される。制御棒１Ｂにおいて、溶接部３６及びこの溶接部３６付近が、冷却水供給管１５Ａの各冷却水噴射孔１６から噴射された例えば２０℃の冷却水によって、溶接部１３及びこの溶接部１３付近が、冷却水供給管１８Ａの各噴射ノズル１９から噴射された例えば２０℃の冷却水によって、急冷（水冷）される。
【００６５】
他の冷却水噴射装置１５の冷却水供給管１５Ａが、全体が３００℃に一様に加熱された後で電気炉から取り出された制御棒１Ｂのシース４と下部支持部材６の溶接部、及びこの溶接部付近に対向して配置される。他の冷却水噴射装置１５の冷却水供給管１５Ａの制御棒１Ｂのシース４と下部支持部材６の溶接部付近への配置は、前述した冷却水噴射装置１５の冷却水供給管１５Ａを溶接部３６付近に配置する時期に行われる。他の冷却水噴射装置１５の冷却水供給管１５Ａの各冷却水噴射孔１６から例えば２０℃の冷却水が噴射され、この冷却水によってシース４と下部支持部材６の溶接部、及びこの溶接部付近が急冷（水冷）される。他の冷却水噴射装置１５によって冷却されるシース４と下部支持部材６の溶接部、及びこの溶接部付近は、シース４とハンドル５の溶接部を急冷する範囲と同じである、シース４と下部支持部材６の溶接部、及びこの溶接部からシース４側に５０ｍｍ及びその溶接部から下部支持部材６側に５０ｍｍのそれぞれの範囲を意味する。
【００６６】
他の冷却水噴射装置１５によるシース４と下部支持部材６の溶接部等の急冷は、溶接部３６及び１３に対する急冷が行われているときに、行われる。
【００６７】
シース４とハンドル５の溶接部３６及びこの溶接部３６付近のシース４及びハンドル５のそれぞれの温度、タイロッド２とタブ８の溶接部１３及びこの溶接部１３付近のタイロッド２及びタブ８の温度、及びシース４と下部支持部材６の溶接部及びこの溶接部付近のシース４及び下部支持部材６の温度が、冷却水の温度（例えば、２０℃）まで低下したとき、制御棒１Ａ全体の温度が初期温度（室温、例えば２０℃）に低下するまで、制御棒１Ｂが放置される。制御棒１Ｂの全体の温度が初期温度に低下すると、シース４と下部支持部材６の溶接部及びこの溶接部付近のシース４及び下部支持部材６の引張応力も減少して零になる。制御棒１Ｂの全体の温度が初期温度まで低下したとき、本実施例の制御棒の製造方法が終了し、制御棒１Ｂが完成する。
【００６８】
本実施例は、実施例２で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例は、シース４と下部支持部材６の溶接部及びこの溶接部付近のシース４及び下部支持部材６を急冷しているので、シース４と下部支持部材６の溶接部及びこの溶接部付近のシース４及び下部支持部材６の引張応力を低減することができる。
【００６９】
また、制御棒１Ｂ全体を４７５℃に一様に加熱してシース４と下部支持部材６の溶接部及びこの溶接部付近を水冷することにより、実施例１で制御棒１の全体を４７５℃に一様に加熱した後にシース４とハンドル５の溶接部３６等を水冷したときと同様に、シース４と下部支持部材６の溶接部及びこの溶接部付近のシース４及び下部支持部材６に圧縮残留応力が付与される。
【実施例４】
【００７０】
本発明の他の実施例である実施例４の制御棒の製造方法を以下に説明する。
【００７１】
まず、本実施例における制御棒の製造方法で製造された制御棒１Ｃの構造を、図１１を用いて説明する。この制御棒１Ｃは、沸騰水型原子炉に適用され、沸騰水型原子炉の原子炉出力の制御に用いられる。制御棒１Ｃは、残留応力改善領域１２Ａ，１２Ｃを形成した構成を有する。制御棒１Ｃの他の構成は制御棒１Ａと同じである。しかし、制御棒１Ｃにおける残留応力改善領域１２Ａ，１２Ｃの形成方法が、実施例３における制御棒１Ｂの残留応力改善領域１２Ａ，１２Ｃの形成方法と異なっている。
【００７２】
本実施例の制御棒の製造方法では、実施例１〜３において行った制御棒全体を一様に加熱することは行われず、図１２に示される冷却水噴射装置１５及び加熱装置２２を有する加熱冷却装置を用いてシース４等の加熱及び急冷が行われる。この冷却水噴射装置１５の構造は、実施例１で用いられる冷却水噴射装置１５の構造と同じである。加熱装置２２は、複数のガス噴出口２４を形成した４本の燃料ガス供給管２３を有する。燃料ガス供給管２３は、冷却水噴射装置１５の冷却水供給管１５Ａと同じように曲げられている。４本の燃料ガス供給管２３は制御棒１Ｃの軸方向に配置され、燃料ガス供給管２３の相互間に冷却水供給管１５Ａがそれぞれ配置されている。本実施例で用いられる加熱冷却装置は、実施例１で用いられる冷却水噴射装置１５と同様に、一対の加熱冷却部を有する。これらの加熱冷却部は、燃料ガス供給管２３を有している以外は、冷却水噴射部２６Ａ，２６Ｂと同じ構成を有する。
【００７３】
実施例１と同様に、ハフニウム部材５Ａ，５Ｂを各シース４内に配置して、それぞれのシース４とタイロッド２、ハンドル５及び下部支持部材６との溶接が順次行われる。これらの溶接が完了した後、加熱冷却装置の冷却水噴射装置１５の冷却水噴射部２６Ａ，２６Ｂのそれぞれの冷却水供給管１５Ａ、及びこの加熱冷却装置の加熱装置２２の各燃料ガス供給管２３が、実施例１における冷却水噴射装置１５と同様に、製造途中の中間構造体である制御棒１Ｃのシース４とハンドル５の溶接部付近でシース４及びハンドル５の側面に対向させて配置される。他の加熱冷却装置の冷却水噴射装置１５の冷却水噴射部２６Ａ，２６Ｂのそれぞれの冷却水供給管１５Ａ、及びこの加熱冷却装置の加熱装置２２の各燃料ガス供給管２３も、同様に、制御棒１Ｃのシース４と下部支持部材６の溶接部付近でシース４及び下部支持部材６の側面に対向させて配置される。
【００７４】
まず、シース４とハンドル５の溶接部付近、及びシース４と下部支持部材６の溶接部付近で、それぞれの加熱冷却装置の各燃料ガス供給管２３の複数のガス噴出口２４から燃料ガスを噴出させ、図示されていない点火装置を用いて噴出している燃料ガスに着火させ、火炎を発生させる。これらのガス噴出口２４から噴出する燃料ガスの火炎によって、シース４とハンドル５の溶接部付近において複数の加熱位置２１でシース４及びハンドル５が加熱され、さらに、シース４と下部支持部材６の溶接部付近において複数の加熱位置２１でシース４及び下部支持部材６が加熱される。それぞれの加熱位置２１に対向してガス噴出口２４がそれぞれ配置されている。シース４に比較してタイロッド２、ハンドル５及び下部支持部材６の厚みが厚いので、シース４、タイロッド２、ハンドル５及び下部支持部材６にそれぞれ単位表面積あたり同じ個数の加熱位置２１を設けたのでは、シース４の温度よりもタイロッド２、ハンドル５及び下部支持部材６の温度が低くなる。このため、単位表面積あたりのガス噴出口２４の個数をシース４よりもタイロッド２、ハンドル５及び下部支持部材６で多くし、単位表面積あたりの加熱位置２１の個数を、シース４よりもタイロッド２、ハンドル５及び下部支持部材６で多くしている。
【００７５】
さらに、加熱位置２１のピッチは、シース４とハンドル５の溶接部付近においてはこの溶接部から離れるほど、また、シース４と下部支持部材６の溶接部付近においてはこの溶接部から離れるほど、大きくなっている。それぞれの溶接部から離れるほど、加熱位置２１のピッチが大きくなるので、加熱領域の熱ひずみの分布は、加熱される溶接部から加熱されない領域に向かって緩やかな勾配で減少する。このため、タイロッド２、シース４、ハンドル５及び下部支持部材６において、加熱過程における温度分布の局所的な不連続により熱応力が発生することを抑えることができる。
【００７６】
加熱装置２２より加熱される制御棒１Ｃの温度の分布は、制御棒１Ｃの加熱領域に取り付けた熱電対により測定された温度に基づいて監視される。加熱過程で熱電対により測定された制御棒１Ｃの温度が、設定温度（例えば３００℃）に到達したとき、アラームが発生し、作業者にシース４とハンドル５の溶接部付近、及びシース４と下部支持部材６の溶接部付近のそれぞれの温度が設定温度になったことを知らせる。作業員は、各燃料ガス供給管２３への燃料ガスの供給を停止し、加熱装置２２よる制御棒１Ｃの加熱を終了する。
【００７７】
その後、各冷却水供給管１５Ａに例えば２０℃の冷却水を供給してそれぞれの冷却水供給管１５Ａに形成された複数の冷却水噴射孔１６から噴射させる。それぞれの冷却水噴射口１６から噴射された冷却水は、それぞれの加熱位置２１付近で各冷却水噴射口１６が別々に対向しているタイロッド２、シース４、ハンドル５及び下部支持部材６を急冷（水冷）する。
【００７８】
本実施例によれば、制御棒１Ｃ全体を加熱しないで加熱装置２２を用いてシース４とハンドル５の溶接部付近、及びシース４と下部支持部材６の溶接部付近を局部的に加熱して、各加熱領域が設定温度まで上昇した後、冷却水噴射装置１５を用いてシース４等を急冷することができる。特に、加熱装置２２の各燃料ガス供給管２３と冷却水噴射装置１５の各冷却水供給管１５Ａを交互に配置しているので、加熱及び急冷を効率良く行うことができ、タイロッド２、シース４、ハンドル５及び下部支持部材６において引張応力の低減をほぼ一様に行うことができる。
【００７９】
シース４とハンドル５の溶接部付近、及びシース４と下部支持部材６の溶接部付近の加熱温度は、４７５℃以下であればよい。
【００８０】
本実施例は、実施例２においてタイロッド２とタブ８の溶接部付近を急冷することによって生じる効果を除いて、実施例３で生じる各効果を得ることができる。
【００８１】
実施例１〜４では、加熱された制御棒の該当する構造部材の急冷に冷却水を用いているが、この急冷を冷却空気を用いて行ってもよい。冷却空気の温度は、室温（例えば２０℃）から５０℃の範囲であれば良い。
【符号の説明】
【００８２】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ：制御棒、２：タイロッド、３：ブレード、４：シース、５：ハンドル、５Ａ，５Ｂ：ハフニウム部材、６：下部支持部材、８：タブ、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ：残留応力改善領域、１３，２０：溶接部、１５，１８：冷却水噴射装置、１５Ａ，１８Ａ：冷却水供給管、１６：冷却水噴射孔、１９：噴射ノズル、２２：加熱装置、２６Ａ，２６Ｂ：冷却水噴射部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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